【摘要】：我國深受臺風(fēng)(TC)災(zāi)害影響,沿海工程抗風(fēng)設(shè)計和風(fēng)險評估中必須考慮臺風(fēng)大風(fēng)的風(fēng)致效應(yīng)。本文針對我國沿�？癸L(fēng)設(shè)計需求,利用統(tǒng)計分析、觀測分析、診斷分析及數(shù)值模擬等方法,研究了我國沿海臺風(fēng)大風(fēng)變化特征、風(fēng)工程參數(shù)特性及其變化機理,獲得一些有益的認識,可為沿海工程抗風(fēng)設(shè)計和臺風(fēng)大風(fēng)風(fēng)險評估提供參考,對防災(zāi)減災(zāi)也具有重要意義。本文首先通過統(tǒng)計分析揭示了我國沿海地區(qū)TC的最大風(fēng)速半徑(RMW)、最大風(fēng)速、重現(xiàn)期極值風(fēng)速、最危險路徑及大風(fēng)潛在破壞力的氣候特征,發(fā)現(xiàn):1)我國沿海TC的RMW均值為40.5km。最大風(fēng)速強值區(qū)主要位于臺灣島以東125°E附近及海南島東北側(cè)洋面。2)基于TC最佳路徑資料和再分析資料,提出了TC影響工程地的重現(xiàn)期極值風(fēng)速及最危險襲擊路徑的推算方法。3)提出TC大風(fēng)潛在破壞力指數(shù),發(fā)現(xiàn)我國沿海30oN以南為臺風(fēng)大風(fēng)高風(fēng)險區(qū),其中最危險區(qū)域位于臺灣島及海南島東側(cè)海域。針對我國沿海臺風(fēng)大風(fēng)風(fēng)險最高的臺灣島和海南島附近區(qū)域,基于最佳路徑資料與再分析資料,統(tǒng)計分析復(fù)雜地形下,不同方位TC的大風(fēng)結(jié)構(gòu)差異和變化特征,結(jié)果表明:1)島嶼不同方位TC的外圍風(fēng)場不均勻性特征顯著。TC中心與島嶼連線上有正、負渦度帶相間分布。且島嶼地形越高,特征越明顯。2)TC外圍風(fēng)場影響下,臺灣島東側(cè)與東北側(cè)、臺灣海峽、海南島東北側(cè)海域及北部灣內(nèi)大風(fēng)強且頻次高。3)RMW在臺灣島(海南島)附近均值為51.3 km(58.3km)。34節(jié)指定風(fēng)圈半徑(R_(34))在TC環(huán)流的四個象限半徑長短不一,最長半徑均位于東側(cè)象限。TC強度越強R_(34)越大。4)位于臺灣島(海南島)西北側(cè)(西南側(cè))區(qū)域TC風(fēng)圈變形最強。且臺灣島附近弱TC的風(fēng)圈變形較強TC明顯,海南島反之。以臺風(fēng)彩虹(2015)為例,對其登陸期間近地層工程風(fēng)特性進行觀測分析,研究發(fā)現(xiàn):1)眼壁及螺旋云帶影響過程中,水平風(fēng)速變化呈“M”型。眼壁風(fēng)向變化180o,垂直速度增大3-4倍,均較螺旋云帶變化顯著。眼壁區(qū)風(fēng)攻角顯著增大,超過設(shè)計規(guī)范中高風(fēng)速下的攻角推薦值(±3o之間)。眼壁及螺旋云帶影響時,風(fēng)速廓線不符合規(guī)范推薦的冪指數(shù)分布。2)眼壁及螺旋云帶經(jīng)過時陣風(fēng)因子增大明顯;眼壁影響過后,其變化幅度顯著增大,且眼壁區(qū)域的變化強于螺旋云帶。3)湍流強度、順風(fēng)向的湍能譜均在眼壁及螺旋云帶經(jīng)過時顯著增大,不再滿足湍流各向同性的假設(shè)與“-5/3”律。且眼壁區(qū)域的變化較螺旋云帶更為明顯。進一步利用中尺度數(shù)值模式WRF模擬獲得臺風(fēng)彩虹的精細化風(fēng)場,并應(yīng)用于TC風(fēng)工程參數(shù)特性定量評估中,結(jié)果表明:1)臺風(fēng)大風(fēng)沿TC路徑呈帶狀分布,路徑右側(cè)風(fēng)速大于左側(cè)。2)風(fēng)攻角大值區(qū)主要位于TC路徑及地形附近。地形迎風(fēng)面為正攻角,背風(fēng)面為負攻角,其絕對值可超過3o,且大小與地形高度成正比。3)風(fēng)攻角、水平風(fēng)速(風(fēng)向)切變的模、風(fēng)速隨時間變化及風(fēng)暴螺旋度可定量反映臺風(fēng)大風(fēng)的工程致災(zāi)特征,有效指示臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)域及地形處的大風(fēng)高危區(qū)。4)山地地形高度和形狀均可對風(fēng)工程參數(shù)特性產(chǎn)生影響。減小地形高度后,迎風(fēng)坡(背風(fēng)坡)風(fēng)速減小(增大),大風(fēng)頻次減少(增多),大風(fēng)分布趨于均勻化,且風(fēng)攻角減弱至規(guī)范推薦范圍之內(nèi)。最后基于模擬結(jié)果對臺風(fēng)彩虹大風(fēng)分布變化特征及機理進行了探討。研究表明:1)TC登陸過程中,方位角平均的大風(fēng)總體范圍先增大后減小,而RMW先減小后增大。這一變化與低層徑向絕對角動量通量的變化密切聯(lián)系。2)受TC移動和環(huán)境風(fēng)垂直切變的共同影響,TC大風(fēng)呈非對稱分布,大風(fēng)速區(qū)位于TC的東北和西北象限。而眼壁區(qū)域受渦旋羅斯貝波傳播的影響,大風(fēng)非對稱性還具有波動特征。3)眼壁內(nèi)近地層大風(fēng)呈非均勻條狀分布,這與TC邊界層中類滾渦結(jié)構(gòu)及其造成的動能下傳有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P444
【圖文】：

的滾渦主要沿臺風(fēng)的切向排列，但不同研究中觀測到滾渦的數(shù)十公里不等（ Morrison 等 2005；Ellis 2010；Foster 201論研究和數(shù)值研究認為這與臺風(fēng)邊界層中徑向風(fēng)的拐點不hi and Niino，2012；Gao and Ginis，2014；Ito et al，2017）、垂直2005；Wang and Jiang，2017）和慣性不穩(wěn)定（Nolan，2在可增強臺風(fēng)邊界層內(nèi)動量、熱量和水汽的輸送，增強邊界對流，對臺風(fēng)強度產(chǎn)生影響，從而影響臺風(fēng)大風(fēng)（Morrisolis 2010；Gao et al，2016，2017）。

分別為前處理模塊（The WRF Preprocessing System，WA，可選）、ARW 求解器模塊（ARW solver）和后g）。主要用于真實天氣過程的模擬。該模塊主要功能包括設(shè)及氣象數(shù)據(jù)插值到模擬區(qū)域，以為后續(xù)模擬提供初始場塊可根據(jù)模擬需求選用。該模塊主要功能為將觀測資料中，為模式提供包含更多觀測資料的初始場及邊界條件er 這是 WRF（ARW）模式的核心模塊，此模塊主要完ARW）模式是一個完全可壓縮的非靜力模型（運行時標可設(shè)置為地形跟隨坐標或混合垂直坐標（從 WRF3.9wa C 網(wǎng)格。該模型采用 Runge-Kutta 二階和三階時間積均采用二階到六階的平流方案。sing 模塊主要是將模式輸出的結(jié)果進行后處理，轉(zhuǎn)化為軟件有 NCL、RIP4、GrADS、Vapor 等。

我國沿海臺風(fēng)大風(fēng)及其風(fēng)工程參數(shù)特性研究3.6a-d，第一行）與 ERA-interim 再分析數(shù)據(jù)集中（圖 3.6e-h，第二行）的 10m 風(fēng)速，分別反查引發(fā)各組站點（黑色“+”）2 min 平均風(fēng)速的前 5% （藍色）、1%（綠色）與最大風(fēng)速（紅色）的臺風(fēng)中心位置。可見在地形復(fù)雜的臺灣島附近區(qū)域，用再分析資料查找的引發(fā)站點極值大風(fēng)的臺風(fēng)中心位置與用站點觀測查找的臺風(fēng)中心位置相似。因此我們認為 ERA-interim 再分析資料可有效描述臺風(fēng)的主要環(huán)流，可利用該資料查找最危險襲擊臺風(fēng)的中心位置。此外我們還發(fā)現(xiàn)，使臺灣島附近區(qū)域站點產(chǎn)生最大風(fēng)速的臺風(fēng)中心位置常臨近站點。但在福建沿海區(qū)域觀測站處，引發(fā)觀測站大風(fēng)的臺風(fēng)中心位置不僅在觀測站附近，在臺灣島另一側(cè)的臺風(fēng)也可使陸地上的站點產(chǎn)生極端大風(fēng)，且二者距離可達 150km，超過了臺風(fēng)最大風(fēng)速半徑（通常為 40 km 左右）的范圍。這可能與臺灣島地形的影響有關(guān)，將在第四章中進行詳細討論。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Chenyan Tan;Weihua Fang;;Mapping the Wind Hazard of Global Tropical Cyclones with Parametric Wind Field Models by Considering the Effects of Local Factors[J];International Journal of Disaster Risk Science;2018年01期

2 梁莉;崔曉鵬;王成鑫;白莉娜;;我國登陸熱帶氣旋引起的大陸地面風(fēng)場分布[J];大氣科學(xué);2018年01期

3 薛霖;李英;;臺灣地形誘生中尺度系統(tǒng)對臺風(fēng)Meranti(1010)迅速加強影響的數(shù)值研究[J];大氣科學(xué);2016年06期

4 楊濤;雷小途;湯杰;;ASYMMETRICAL STRUCTURES OF THE TEMPERATURE AND HUMIDITY OF TROPICAL CYCLONES[J];Journal of Tropical Meteorology;2016年03期

5 陸逸;朱偉軍;任福民;王昕;;1980-2014年中國臺風(fēng)大風(fēng)和臺風(fēng)極端大風(fēng)的變化[J];氣候變化研究進展;2016年05期

6 趙小平;朱晶晶;樊晶;貴志成;;強臺風(fēng)海鷗登陸期間近地層風(fēng)特性分析[J];氣象;2016年04期

7 潘月月;李正農(nóng);張傳雄;史文海;;臺風(fēng)作用下某高層建筑電梯的水平振動響應(yīng)分析[J];振動與沖擊;2015年19期

8 薛霖;李英;許映龍;王蕾;戴高菊;;臺灣地形對臺風(fēng)Meranti(1010)經(jīng)過海峽地區(qū)時迅速增強的影響研究[J];大氣科學(xué);2015年04期

9 廖麗恒;周岱;馬晉;涂佳黃;洪榮華;;臺風(fēng)風(fēng)場研究及其數(shù)值模擬[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2014年11期

10 張連新;韓桂軍;李威;張學(xué)峰;付紅麗;張曉爽;邵彩霞;;臺風(fēng)期間海洋飛沫對海氣湍通量的影響研究[J];海洋學(xué)報(中文版);2014年11期

相關(guān)會議論文 前1條

1 劉敏鋒;陳光華;;近海加強熱帶氣旋結(jié)構(gòu)與強度變化機理的數(shù)值模擬研究[A];中國氣象學(xué)會2005年年會論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張興海;南海熱帶氣旋迅速增強的數(shù)值模擬[D];中國氣象科學(xué)研究院;2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 唐興;MM5模式臺風(fēng)模擬與工程特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2788910